Desenvolvimento e aplicação de características de ligas de titânio para aeroespacial

Desde a produção industrializada de titânio na década de 1940, tem sido amplamente utilizado na indústria aeroespacial, militar, marinha devido à sua alta resistência, boa resistência à corrosão, desempenho não magnético, bom desempenho de soldagem e outras vantagens, além de supercondutividade, memória e outras vantagens. Nos campos de desenvolvimento, petroquímico, geração de energia, supercondutividade, etc., tem a reputação de "Todo Poderoso Metal", "Metal Marinho", "Terceiro Metal", "Modern Metal" e assim por diante. Com a exploração contínua das excelentes propriedades do titânio, seu escopo de aplicação ainda está em expansão, e se tornará o terceiro metal estrutural depois de aço e alumínio. Tendo em vista o importante papel do titânio na defesa nacional, na aviação, na alta tecnologia e em outros campos, tem sido altamente valorizado pelos Estados Unidos, Rússia, Grã-Bretanha e outras potências militares e pelo Japão e outros países, e listado como um metal estrutural-chave com significado estratégico no século XXI. O desenvolvimento da ciência e tecnologia de titânio, incluindo novas ligas, novas tecnologias de fusão e tecnologias de aplicação, está passando por rápidas mudanças. A indústria de titânio da China tem experimentado altos e baixos por quase 40 anos. Com o apoio do Estado, fez grandes progressos e estabeleceu seu próprio sistema independente da indústria de titânio. Em 2000, a China produziu 1.751 toneladas de esponja de titânio e 2.206 toneladas de materiais processados de titânio. Em 2008, a China produziu 49.632 toneladas de esponja de titânio, um aumento de 27,3 vezes em 8 anos. Em 2008, a China produziu 27.737 toneladas de materiais processados de titânio, um aumento de 11,6 vezes. vezes.

Devido ao alto custo das matérias-primas de liga de titânio, 70%-80% dos materiais de titânio no exterior são usados nas indústrias de aviação e aeroespacial. A demanda por ligas de titânio nos campos de aviação e aeroespacial do meu país também é particularmente grande. Atualmente, a proporção de ligas de titânio usadas em aeronaves avançadas em desenvolvimento no meu país é de cerca de 10%-12%, a proporção de titânio usado em aeronaves militares é maior, cerca de 20%-30%, e a proporção de titânio usado em motores de aeronaves militares é superior a 30%. . A quantidade de titânio usado em novos foguetes e mísseis também está aumentando.

Este artigo resume principalmente o progresso da pesquisa e aplicação de titânio nos campos de aviação e aeroespacial nos Estados Unidos, Rússia, Grã-Bretanha, Japão e China, que podem servir de referência para a aplicação e desenvolvimento da indústria de titânio do meu país nos campos de aviação e aeroespacial.

À medida que o conceito de design da aeronave muda gradualmente da força estática pura no passado para a vida útil---segurança, danos--- segurança, e até o conceito moderno de design de tolerância a danos, materiais avançados de liga de titânio estão gradualmente se movendo em direção à alta dureza da fratura e baixa propagação da crack. Taxa de ligas de titânio tolerantes a danos. Atualmente, países desenvolvidos estrangeiros têm estado na vanguarda no desenvolvimento de novos materiais de liga de titânio tolerantes a danos e sua aplicação em aeronaves avançadas, especialmente como ti-6Al-4VELI de média resistência e Ti-6-222s de alta resistência, etc. Tem sido usado com sucesso em aeronaves de nova geração, como o F-22 americano, F-35 e C-17. Melhore muito a vida útil e a eficácia do combate da aeronave. Com o desenvolvimento de conceitos de design de aeronaves, as ideias de design de tolerância a danos das estruturas de liga de titânio também começaram a receber atenção em meu país. Desde o "Décimo Plano de Cinco Anos", meu país desenvolveu independentemente a liga de titânio de média resistência e alta resistência TC4-DT e tC21 de alta resistência e alta resistência tolerante a danos, e estabeleceu a β usinagem de liga de titânio tolerante a danos. tecnologia, que estabeleceu a base da tecnologia de aplicação de materiais para o desenvolvimento de novas aeronaves em meu país. Para atender às necessidades de desenvolvimento de ligas de titânio para a aviação e estruturas aeroespaciais, meu país desenvolveu de forma independente ligas de titânio de fio de baixa resistência e alta resistência (NiTi) e ligas de tubulação (TA18), 1300MPa-2000Mpa série ultra-alta resistência ligas de titânio (TB8, TB9, TB20), etc., um novo sistema de material de liga de titânio com características chinesas para estruturas de aeronaves foi inicialmente formado, e uma nova geração de ligas de titânio para a aviação e estruturas aeroespaciais foi estabelecida. O desempenho específico é mostrado na Tabela 1

Principais indicadores técnicos de ligas típicas de titânio estrutural

Ti-6Al-4V (TC4) é uma liga de titânio de α β de força média desenvolvida no início da década de 1960. Possui excelentes propriedades abrangentes e é conhecida como uma isomia universal. É a primeira e mais amplamente utilizada a alloy de uso geral para estruturas de aviação e aeroespacial. Ligas de titânio, incluindo placas, barras e forjas, etc. A liga tem boas propriedades de soldagem e usinabilidade, e a liga de grãos finos tem superplasticidade, e componentes complexos podem ser fabricados pelo processo combinado de formação/difusão superplástica (SPF/DB). Ligas estruturais de titânio de alta resistência geralmente se referem a ligas com uma resistência de tração de mais de 1000MPa. Atualmente, ligas de titânio de alta resistência que representam o nível avançado internacional e têm sido praticamente utilizadas em aeronaves incluem principalmente ligas de β tipo ti-15-3, β21S, perto de liga tipo β Ti-1023 e liga de titânio tipo α β BT22. O uso de liga de titânio estrutural de alta resistência para substituir o aço estrutural de alta resistência 30CrMnSiA comumente usado em estruturas de aeronaves pode reduzir o peso em mais de 20%.

Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo (TC21) é uma liga de titânio de alta resistência, alta resistência, tolerante a danos, desenvolvida na década de 1970. Após o tratamento termomecânico, a aloada tem as vantagens de alta resistência, boa tolerância a danos e excelente resistência ao crescimento da rachadura de fadiga, e é adequada para a fabricação de componentes de alta resistência e alta resistência. Adicionando o elemento Si, a alusão mantém alta resistência em temperatura média, que é melhor que Ti-6Al-4V. A folha de ação pode ser superplasticamente formada à temperatura ambiente.

Ti-10V-2Fe-3Al (TB6) é uma liga de titânio quase beta de alta resistência desenvolvida no final da década de 1970. A liga tem as vantagens de alta resistência específica, boa resistência à fratura, grande área de endurecimento, pequena anisotropia, bom desempenho forjando e forte resistência à corrosão, e tem muitas vantagens de liga de titânio β metastável sem perder α-β liga de titânio. As características de solução sólida podem atender aos requisitos de design de tolerância a danos e alta eficiência estrutural, alta confiabilidade e baixo custo. A temperatura máxima de trabalho é de 320 °C. Os principais produtos desta alusão são barras, forjas, placas grossas e perfis. Através da solução e do tratamento térmico de envelhecimento, uma boa combinação de resistência, plasticidade e dureza da fratura pode ser alcançada, e é adequado para a fabricação de peças estruturais com altos requisitos de resistência de força e fratura. Excelente dureza e baixa taxa de crescimento de crack podem ser obtidas por tratamento termomecânico, adequado para estruturas com altos requisitos de resistência à fratura.